Hochleitfähige PEDOT:PSS-Aerogele

Zusammenfassung Poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):poly(4‐styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) Aerogel hat aufgrund seiner Biokompatibilität, intrinsischen elektrischen Leitfähigkeit und günstigen Verarbeitbarkeit viel Aufmerksamkeit in der Bioelektronik, elektromagnetischen Abschirmung und energiebezogenen Systemen auf sich gezogen. Die Herstellung von hochleitfähigen und niederdichten PEDOT:PSS-Aerogelen bleibt jedoch eine Herausforderung. In dieser Arbeit werden hochleitfähige PEDOT:PSS-Aerogele durch eisgeformte Vorassemblierung gefolgt von einem speziell gestalteten Auftauprozess in H₂SO₄-Lösung hergestellt. Durch die Optimierung des Wärme- und Stofftransfers während des Auftauprozesses sowie durch den einzigartigen Eisvorlageeffekt wird die Mikrostruktur und die dünnen Wände der gefrorenen PEDOT:PSS-Proben gut erhalten. Wichtig ist, dass die poröse Struktur und die dünnen Wände die Diffusion von H₂SO₄ in die Polymermatrix erleichtern, wodurch die Phasentrennung von PEDOT:PSS induziert wird, was die Kristallinität von PEDOT erhöht und den PSS-Anteil teilweise entfernt. Infolgedessen weisen die so vorbereiteten reinen PEDOT:PSS-Aerogele eine hohe elektrische Leitfähigkeit von 1200 ± 231 S m⁻¹ in Richtung der Erstarrung bei einer niedrigen Dichte von 15,3 ± 1,5 mg cm⁻³ auf, verbesserte mechanische Eigenschaften und eine wettbewerbsfähige Abschirmungseffizienz gegen elektromagnetische Störungen von 25 115 dB cm² g⁻¹. Darüber hinaus zeigen die komprimierten Aerogele gute Leistungen als aktive Materialien in symmetrischen Superkondensatoren mit dickeunabhängiger Kapazität (maximal 2,1 F cm⁻² bei 1,0 mA cm⁻²) und in stromkollektorfreien Mikro-Superkondensatoren, die durch Lasergravur verarbeitet wurden.